Un amplio grupo de investigadores principalmente del MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts) acaba de publicar en la revista Science una singular colaboración para presentar el resultado de una triple simbiosis tecnológica que permite el estudio profundo de los tejidos cerebrales con un nivel de detalle unicelular, algo jamás visto hasta ahora. Y además, con una enorme reducción de los tiempos de preparación y análisis de las muestras, que pasa de meses a muy pocos días.
El conjunto de tres innovaciones permite obtener imágenes de alta resolución y alto rendimiento del tejido cerebral humano en una gama completa de escalas e incluso mapear la conectividad de las neuronas individualmente. Para demostrar el avance, los investigadores compararon una región del cerebro en una persona con Alzheimer y una muestra de control procedente de un individuo que no lo padeció. Las diferencias se pudieron apreciar con una precisión incomparable.
"Realizamos imágenes holísticas de los tejidos cerebrales humanos en múltiples resoluciones, desde sinapsis individuales hasta hemisferios cerebrales completos, y hemos hecho públicos los datos", explica Kwanghun Chung, autor principal del estudio y profesor asociado en el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria, de los Departamentos de Ingeniería Química y Ciencias Cognitivas y del Cerebro y del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas del MIT. Y añade: "Esta tecnología realmente nos permite analizar el cerebro humano en múltiples escalas. Potencialmente se puede utilizar para mapear completamente los cerebros humanos."
El nuevo estudio no presenta todavía un mapa completo o atlas de todo el cerebro, en el que se identifica y analiza cada célula, circuito y proteína; pero sí presenta imágenes hemisféricas completas. La investigación proporciona una "prueba de concepto" al mostrar numerosos ejemplos de lo que el mecanismo (al que los autores denominan “tubería”) hace posible, incluidos amplios paisajes de miles de neuronas dentro de regiones completas del cerebro, diversos bosques de células, cada uno en detalle individual, y mechones de estructuras subcelulares ubicadas entre moléculas extracelulares.
Los investigadores también presentaron una gran variedad de comparaciones analíticas cuantitativas centradas en una región elegida dentro de los hemisferios con y sin Alzheimer.
La importancia de poder visualizar hemisferios completos del cerebro humano intactos y hasta la resolución de las sinapsis individuales (las pequeñas conexiones que las neuronas forjan para formar circuitos) es doble para comprender el cerebro humano en la salud y la enfermedad. Por un lado, permitirá a los científicos realizar exploraciones integradas utilizando el mismo cerebro, en lugar de tener que, por ejemplo, observar diferentes fenómenos en diferentes cerebros, que pueden variar significativamente, y luego intentar reconstruir una imagen compuesta del conjunto.
Por otro, la escalabilidad y el rendimiento relativamente altos del proceso (la obtención de imágenes de un hemisferio cerebral completo una vez preparado lleva 100 horas en lugar de muchos meses) significa que es posible crear muchas muestras para representar diferentes sexos, edades, estados de enfermedad y otros factores que pueden permitir comparaciones sólidas con mayor poder estadístico.
La clave para el exitoso desarrollo del proyecto fue la formación de un equipo en el MIT que incluyó a tres jóvenes científicos especialmente talentosos, cada uno de los cuales fue coautor principal del artículo debido a sus roles clave en la producción de las tres principales innovaciones. Ji Wang, ingeniero mecánico y ex postdoctorado, desarrolló el "Megatomo", un dispositivo para cortar hemisferios cerebrales humanos intactos de manera tan fina que no se dañan. Juhyuk Park, ingeniero de materiales y ex postdoctorado, desarrolló la química que hace que cada porción de cerebro sea clara, flexible, duradera, expandible y etiquetable de manera rápida, uniforme y repetida: una tecnología llamada "mELAST".
Finalmente, Webster Guan, un ex estudiante de posgrado en ingeniería química del MIT con una habilidad especial para el desarrollo de software, creó un sistema computacional llamado "UNSLICE" que puede reunir sin problemas las imágenes de las finas capas cortadas para reconstruir cada hemisferio en 3D completo hasta la alineación precisa de los vasos sanguíneos individuales y los axones neuronales (las largas hebras que se extienden para forjar conexiones con otras neuronas).
Los investigadores despliegan en el estudio una amplia batería de ejemplos de lo que puede hacer su “tubería”. Las imágenes permiten etiquetar detalladamente un hemisferio completo y luego acercarse desde la amplia escala de estructuras cerebrales hasta el nivel de los circuitos, luego de las células individuales y luego de los componentes subcelulares como las sinapsis. Otras imágenes y vídeos demuestran cuán diverso puede ser el etiquetado, revelando largas conexiones axonales y la abundancia y forma de diferentes tipos de células, incluyendo no solo neuronas, sino también otros tipos de células como astrocitos y microglías.
Por otra parte, conviene resaltar que la nueva tecnología se aplica igualmente bien a muchos otros tejidos del cuerpo, no sólo al cerebro.
"Prevemos que esta plataforma tecnológica escalable mejorará nuestra comprensión de las funciones de los órganos humanos y los mecanismos de las enfermedades para estimular el desarrollo de nuevas terapias", concluyen los autores.
Para leer el artículo completo: Integrated platform for multiscale molecular imaging and phenotyping of the human brain.
Y una valoración-resumen del mismo: Technologies enable 3D imaging of whole human brain hemispheres at subcellular resolution.
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La ciencia es confiable. Otra cosa son las personas y otra aún más complicada son los organismos y las instituciones.
Este blog me ha dado algunas buenas ideas para mis novelas, sobre todo para las que nunca escribiré, jajajaja. Con esta noticia ha vuelto a pasar.
Estamos asistiendo a un desarrollo tecnológico sin precendentes. La cuestión es si esto se va a manifestar en un desarrollo semejante de la calidad de vida de la gente, que me da que no. Ya veremos.
Si esto lo relacionamos con lo de la inteligencia artificial, las posibilidades son insospechadas... Para lo bueno y para lo malo.
Extraordinario trabajo.